JP6331452B2 - 有機膜のエッチング方法 - Google Patents
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Description
本発明は、めっきレジスト等の有機膜を選択的にエッチングする方法に関する。
電子部品等を製造する過程において、基板上にめっきレジスト等の有機膜を塗布し、この有機膜を選択的にエッチングする工程を行う場合がある。この工程では、例えばＳｉＯ２等からなるハードマスク層を用いて、上記有機膜の表面を部分的に保護し、その後、ドライエッチングを行って、有機膜のうちハードマスクから露出した部位を除去する。
上記有機膜のエッチング方法としては、例えば、酸素ラジカルを用いて有機膜を等方性エッチングする方法が知られている。この方法は、有機膜のエッチングレートが速いことが特徴である。
また、別の方法として、ＣＨ系ガスとＮＨ３ガスとを混合したエッチングガスを用いて、有機膜を異方性エッチングする方法が知られている（下記特許文献１参照）。この方法を用いると、エッチング時に、有機膜と上記エッチングガスとが化学反応して、側面に保護膜が形成される。そのため、側面を保護しつつエッチングを行うことができ、上記ハードマスク層のパターンを、有機膜に正確に転写することができる。
しかしながら、上記酸素ラジカルを用いる方法は、エッチングレートは速いものの、等方性エッチングであるため、有機膜の厚さが厚い場合等に、ハードマスク層のパターンを有機膜に正確に転写することが困難になるという問題がある。例えば、数μｍ以上の大きな段差のある基板上に配線パターンを形成する場合には、有機膜（めっきレジスト）の厚さを厚くする必要がある。等方性エッチングは、側壁にもエッチングが進行するため、有機膜の厚さが厚いと、ハードマスク層のパターンを有機膜に正確に転写することが困難になる。特に、有機膜の厚さが厚く、かつ微細な配線パターンを形成する必要があるときには、等方性エッチングでは、ハードマスク層の微細なパターンを有機膜に正確に転写することは困難である。
また、上記ＣＨ系ガスとＮＨ３ガスとを混合したエッチングガスを用いて、有機膜を異方性エッチングする方法は、ハードマスク層のパターンを有機膜に正確に転写できるものの、エッチングレートが遅いため、上述したように有機膜の膜厚を厚くする必要がある場合には、エッチングに長時間を要することとなる。そのため、これらのエッチングガスは、適用が困難である。
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、大きな段差を有する基板に形成した有機膜をエッチングする場合のように、膜厚が厚い有機膜をエッチングする場合でも、ハードマスク層のパターンを正確に転写でき、かつエッチングレートが速く、短時間で処理が可能な、有機膜のエッチング方法を提供しようとするものである。
本発明の一態様は、ハードマスク層によって表面が選択的に保護された有機膜をエッチングする方法であって、
シリコン酸化膜を異方性エッチングするガスと、上記シリコン酸化膜をエッチングせず上記有機膜を等方性エッチングするガスとの混合ガスを用いて、上記有機膜を、該有機膜の膜厚の一部のみエッチングする部分エッチング工程と、
該部分エッチング工程において上記有機膜に形成された凹状部の側面および底面と、上記ハードマスク層の表面とに、上記シリコン酸化膜からなる保護膜を成長させる成膜工程と、
を交互に複数回行い、
上記有機膜は、該有機膜の膜厚方向に段差のある配線層をめっき形成するためのめっきレジストであることを特徴とする有機膜のエッチング方法にある。
シリコン酸化膜を異方性エッチングするガスと、上記シリコン酸化膜をエッチングせず上記有機膜を等方性エッチングするガスとの混合ガスを用いて、上記有機膜を、該有機膜の膜厚の一部のみエッチングする部分エッチング工程と、
該部分エッチング工程において上記有機膜に形成された凹状部の側面および底面と、上記ハードマスク層の表面とに、上記シリコン酸化膜からなる保護膜を成長させる成膜工程と、
を交互に複数回行い、
上記有機膜は、該有機膜の膜厚方向に段差のある配線層をめっき形成するためのめっきレジストであることを特徴とする有機膜のエッチング方法にある。
上記有機膜のエッチング方法では、上記部分エッチング工程と、上記成膜工程とを交互に複数回行う。このようにすると、有機膜の表面から深い箇所まで、エッチングパターンを大きく変化させることなくエッチングを進めることができる。そのため、大きな段差を有する基板に形成した有機膜をエッチングする場合のように、膜厚が厚い有機膜をエッチングする場合でも、ハードマスク層のパターンを有機膜に正確に転写でき、かつエッチングレートを速くすることができる。
すなわち、上記混合ガスには、シリコン酸化膜（保護膜）を異方性エッチングするガスが含まれているため、この混合ガスを用いて部分エッチング工程を行うと、直前の成膜工程において上記側面に形成された保護膜を大きくエッチングすることなく、上記底面に形成された保護膜を主にエッチングして、該底面の有機膜を露出させることができる。そして、続けて部分エッチング工程を行うことにより、混合ガスに含まれる、シリコン酸化膜（保護膜）をエッチングせず有機膜を等方性エッチングするガスによって、露出した底面の有機膜をエッチングすることができる。
すなわち、上記混合ガスには、シリコン酸化膜（保護膜）を異方性エッチングするガスが含まれているため、この混合ガスを用いて部分エッチング工程を行うと、直前の成膜工程において上記側面に形成された保護膜を大きくエッチングすることなく、上記底面に形成された保護膜を主にエッチングして、該底面の有機膜を露出させることができる。そして、続けて部分エッチング工程を行うことにより、混合ガスに含まれる、シリコン酸化膜（保護膜）をエッチングせず有機膜を等方性エッチングするガスによって、露出した底面の有機膜をエッチングすることができる。
この部分エッチング工程と上記成膜工程とを交互に繰り返すと、側面を保護膜によって保護しつつ、有機膜を膜厚方向にエッチングすることが可能となる。また、有機膜のうち等方性エッチングガスによって新たにエッチングされる部位は、その側面にもエッチングが進行するが、膜厚方向へのエッチング量を適切に調整することにより、側面のエッチング量は、僅かな量に抑制することができる。また、続いて行われる成膜工程で保護膜が形成されるため、この成膜工程の後に行われる部分エッチング工程において、側面を保護膜によって保護でき、側面が大きくエッチングされないようにすることができる。これにより、エッチングの異方性を高めることができ、ハードマスク層のパターンを有機膜に正確に転写することが可能となる。また、等方性エッチングガスは、前記したＣＨ系ガスとＮＨ３ガスの混合ガスと比較してエッチングレートが速いため、部分エッチング工程と成膜工程とを交互に行っても、全体のエッチングレートを比較的速くすることができる。
以上のごとく、本発明によれば、ハードマスク層のパターンを正確に転写でき、かつエッチングレートが速い、有機膜のエッチング方法を提供することができる。
上記有機膜のエッチング方法において、上記混合ガスは、Ｏ２ガスとＡｒガスとを含有し、上記部分エッチング工程において、上記混合ガスを用いてＡｒ＋と酸素ラジカルとを発生させ、上記Ａｒ＋によって上記シリコン酸化膜を異方性エッチングすると共に、上記酸素ラジカルによって上記有機膜を等方性エッチングすることが好ましい。
Ａｒは、Ａｒ＋となって有機膜に照射した際に、底面の有機膜を活性化し、反応性を高める効果があり、Ｏ２ガスと共に用いることにより、Ｏ２単独の場合と比べて、エッチングレートを向上させる効果を得ることができる。また、酸素ラジカルを用いると、有機膜を等方性エッチングする際のエッチングレートを特に早くすることができる。
Ａｒは、Ａｒ＋となって有機膜に照射した際に、底面の有機膜を活性化し、反応性を高める効果があり、Ｏ２ガスと共に用いることにより、Ｏ２単独の場合と比べて、エッチングレートを向上させる効果を得ることができる。また、酸素ラジカルを用いると、有機膜を等方性エッチングする際のエッチングレートを特に早くすることができる。
また、上記有機膜は、該有機膜の膜厚方向に段差のある配線層をめっき形成するためのめっきレジストであることが好ましい。
膜厚方向に段差のある配線層をめっきするためには、膜厚が厚いめっきレジスト（有機膜）を用いる必要がある。この場合、上記エッチング方法を用いれば、エッチングレートが速いため、めっきレジスト（有機膜）の膜厚が厚くても短時間でエッチングすることが可能となる。また、上記エッチング方法は前記した通り、有機膜の表面から深い位置まで、ハードマスク層のパターンを大きく変化させることなく正確に転写できるため、有機膜の膜厚が厚くても、幅寸法が小さい配線層を容易に形成することが可能となる。
膜厚方向に段差のある配線層をめっきするためには、膜厚が厚いめっきレジスト（有機膜）を用いる必要がある。この場合、上記エッチング方法を用いれば、エッチングレートが速いため、めっきレジスト（有機膜）の膜厚が厚くても短時間でエッチングすることが可能となる。また、上記エッチング方法は前記した通り、有機膜の表面から深い位置まで、ハードマスク層のパターンを大きく変化させることなく正確に転写できるため、有機膜の膜厚が厚くても、幅寸法が小さい配線層を容易に形成することが可能となる。
また、上記配線層によって、基板上に配された感磁体と、該感磁体を巻回するコイルとを有するＭＩセンサにおける、上記コイルを構成してあり、上記有機膜は、上記コイルをめっき形成するためのめっきレジストであることが好ましい。
ＭＩセンサの検出コイルは、感磁体や基板によって形成された大きな段差を跨ぐように形成する必要がある。したがって、この検出コイルをめっき形成するためのめっきレジスト（有機膜）は、段差を埋めるため、膜厚を厚くする必要が特に高い。また、近年、ＭＩセンサについて小型化かつ高感度化の要求が高まり、これに伴って、上記検出コイルの幅を狭くし、巻数を多くすることによる高感度化の必要性が高まっている。検出コイルは、幅を狭くし、巻数を多くすると、より高い出力を得ることができるからである。このように、ＭＩセンサのコイル用のめっきレジスト（有機膜）は、膜厚を厚くし、かつ幅寸法を狭くする必要性が高いため、上記エッチング方法のように、エッチングレートが速く、かつパターンを正確に転写できる方法を用いた場合の効果は大きい。また、ＭＩセンサでは、検出コイル以外に、バイアス磁場を印加するためのコイルや、フィードバックコイルを形成する場合もあり、この場合でも同様に本発明を適用することができる。
ＭＩセンサの検出コイルは、感磁体や基板によって形成された大きな段差を跨ぐように形成する必要がある。したがって、この検出コイルをめっき形成するためのめっきレジスト（有機膜）は、段差を埋めるため、膜厚を厚くする必要が特に高い。また、近年、ＭＩセンサについて小型化かつ高感度化の要求が高まり、これに伴って、上記検出コイルの幅を狭くし、巻数を多くすることによる高感度化の必要性が高まっている。検出コイルは、幅を狭くし、巻数を多くすると、より高い出力を得ることができるからである。このように、ＭＩセンサのコイル用のめっきレジスト（有機膜）は、膜厚を厚くし、かつ幅寸法を狭くする必要性が高いため、上記エッチング方法のように、エッチングレートが速く、かつパターンを正確に転写できる方法を用いた場合の効果は大きい。また、ＭＩセンサでは、検出コイル以外に、バイアス磁場を印加するためのコイルや、フィードバックコイルを形成する場合もあり、この場合でも同様に本発明を適用することができる。
また、本発明は、ＭＩセンサのコイル以外のコイルを形成する場合に用いることもできる。パターンが微細であり、かつ大きな段差を跨ぐコイルをめっき形成するためには、厚いめっきレジスト（有機膜）を用い、かつ幅寸法を狭くする必要性が高いため、本発明を用いたときの効果が大きい。
（実施例１）
上記有機膜のエッチング方法に係る実施例について、図１〜図１３を用いて説明する。図４〜図１０に示すごとく、本例のエッチング方法では、ハードマスク層２によって表面が選択的に保護された有機膜１をエッチングする。また、本例では、部分エッチング工程（図７〜図９参照）と、成膜工程（図６参照）とを繰り返して行う。
図７〜図９に示すごとく、部分エッチング工程では、シリコン酸化膜を異方性エッチングするガスと、シリコン酸化膜をエッチングせず有機膜１を等方性エッチングするガスとの混合ガスを用いて、有機膜１を、該有機膜１の膜厚の一部のみエッチングする。
また、図６に示すごとく、成膜工程においては、部分エッチング工程において有機膜１に形成された凹状部１０の側面１２および底面１１に、シリコン酸化膜からなる保護膜３を成長させる。
上記有機膜のエッチング方法に係る実施例について、図１〜図１３を用いて説明する。図４〜図１０に示すごとく、本例のエッチング方法では、ハードマスク層２によって表面が選択的に保護された有機膜１をエッチングする。また、本例では、部分エッチング工程（図７〜図９参照）と、成膜工程（図６参照）とを繰り返して行う。
図７〜図９に示すごとく、部分エッチング工程では、シリコン酸化膜を異方性エッチングするガスと、シリコン酸化膜をエッチングせず有機膜１を等方性エッチングするガスとの混合ガスを用いて、有機膜１を、該有機膜１の膜厚の一部のみエッチングする。
また、図６に示すごとく、成膜工程においては、部分エッチング工程において有機膜１に形成された凹状部１０の側面１２および底面１１に、シリコン酸化膜からなる保護膜３を成長させる。
本例の有機膜１は、電子部品の配線層７をめっき形成する際に用いられる、めっきレジストである。以下、本例のエッチング方法を用いためっき方法について説明する。
本例では、基板５（図１３参照）に、図示しない大きな段差が形成されており、この段差を跨ぐように配線層７を形成する。この配線層７をめっき形成するためには、膜厚が厚いめっきレジスト（有機膜１：図１２参照）を用いる必要がある。このような膜厚が厚いめっきレジスト（有機膜１）は、直接露光しようとしても、露光装置の焦点が合わない。そのため図１に示すごとく、有機膜１上にハードマスク層２とフォトレジスト６３とを形成し、このフォトレジスト６３およびハードマスク層２を先ずパターニングしてから（図２〜図４参照）、有機膜１をエッチングして（図５〜図１０参照）、ハードマスク層２のパターンを有機膜１に転写する必要がある。以下、本例のめっき方法について詳説する。
本例では、基板５（図１３参照）に、図示しない大きな段差が形成されており、この段差を跨ぐように配線層７を形成する。この配線層７をめっき形成するためには、膜厚が厚いめっきレジスト（有機膜１：図１２参照）を用いる必要がある。このような膜厚が厚いめっきレジスト（有機膜１）は、直接露光しようとしても、露光装置の焦点が合わない。そのため図１に示すごとく、有機膜１上にハードマスク層２とフォトレジスト６３とを形成し、このフォトレジスト６３およびハードマスク層２を先ずパターニングしてから（図２〜図４参照）、有機膜１をエッチングして（図５〜図１０参照）、ハードマスク層２のパターンを有機膜１に転写する必要がある。以下、本例のめっき方法について詳説する。
先ず、図１に示すごとく、シリコンからなる基板５上に、シード層６１と、シード保護層６２と、有機膜１と、ハードマスク層２と、フォトレジスト６３とをこの順に形成する。シード層６１は、後述するめっき工程において、めっき成長の核になる層である。シード層６１としては、例えばＣｕを用いることができる。また、シード保護層６２は、有機膜１をエッチングする際にシード層６１を保護するための層である。シード保護層６２としては、例えばシリコン酸化膜を用いることができる。
有機膜１は、後述するめっき工程（図１２、図１３参照）を行う際に用いられる、めっきレジストである。有機膜１としては、例えば、エポキシ樹脂を用いることができる。ハードマスク層２は、有機膜１をエッチングする際のパターンを形成するための層であり、例えばシリコン酸化膜を用いることができる。
このように、基板５上にシード層６１〜フォトレジスト６３を順次積層した後、図２に示すごとく、露光現像工程を行って、フォトレジスト６３をパターニングする。その後、図３に示すごとく、ハードマスク層２をドライエッチングする。次いで、図４に示すごとく、フォトレジスト６３を剥離する。以上の工程を行うことにより、有機膜１の表面をハードマスク層２によって選択的に保護した被処理体１９を製造する。
この後、図５に示すごとく、部分エッチング工程を行う。部分エッチング工程では、上述したように、シリコン酸化膜を異方性エッチングするガスと、シリコン酸化膜をエッチングせず有機膜１を等方性エッチングするガスとの混合ガスを用いる。本例では、等方性エッチングをするガスとして、Ｏ２ガスを用い、異方性エッチングをするガスとして、Ａｒガスを用いる。また、部分エッチング工程では、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）を行う。すなわち、チャンバー内において、混合ガスに電磁波を照射することにより、混合ガス中のＯ２を分解して酸素ラジカルを発生させると共に、Ａｒをイオン化させてＡｒ＋にする。この酸素ラジカルと有機膜１とが化学反応して、有機膜１が等方的にエッチングされる。ここで、酸素ラジカルを発生させる際に、同時に酸素イオンが発生し、この酸素イオンによってＳｉ酸化膜がエッチングされる可能性があるが、その量は僅かなので、大きな問題とはならない。また、部分エッチング工程では、有機膜１を、膜厚ｄ（図２参照）の一部のみエッチングする。Ａｒ＋は、有機膜１の表面を活性化して、有機膜１と酸素ラジカルとを化学反応しやすくする。また、Ａｒ＋によっても、有機膜１が物理的にエッチングされる。
部分エッチング工程を行った後、図６に示すごとく、成膜工程を行う。この工程では、部分エッチング工程において形成した凹状部１０の底面１１および側面１２に、シリコン酸化膜からなる保護膜３を形成する。このとき、ハードマスク層２にも保護膜３が形成される。本例では、Ｏ２とＴＭＳ（テトラメチルシラン）とを含む原料ガスを用いて、化学気相成長法（ＣＶＤ）により、シリコン酸化膜を成長させる。成膜工程では、チャンバー内においてプラズマ化したＯとＳｉが、被処理体１９の表面で結合し、シリコン酸化膜が形成される。ＣＶＤ法は、チャンバー内に電界をかけずに行うため、反応は等方的に起きる。そのため、上記底面１１と、側面１２と、ハードマスク層２とに、それぞれシリコン酸化膜からなる保護膜３が形成される。
成膜工程を行った後、図７〜図９に示すごとく、再び部分エッチング工程を行う。上述したように、部分エッチング工程では、シリコン酸化膜を異方性エッチングするガス（Ａｒガス）と、有機膜１を等方性エッチングするガス（Ｏ２ガス）との混合ガスを用いて、ＲＩＥを行う。すなわち、チャンバー内において混合ガスに電磁波を照射して、Ａｒ＋と酸素ラジカルを発生させると共に、チャンバー内に電界を発生させる。そして、図７に示すごとく、Ａｒ＋を電界によって膜厚方向（Ｚ方向）に加速させ、保護膜３に衝突させる。このようにすると、図８に示すごとく、側面１２に形成された保護膜３は大きくエッチングされずに、底面１１とハードマスク層２上に形成された保護膜３が主にエッチングされる。そのため、底面１１から有機膜１が露出する。
続けて部分エッチング工程を行うと、図８、図９に示すごとく、上記酸素ラジカルによって、凹状部１０の底面１１が等方性エッチングされる。このとき、前回の部分エッチング工程（図５参照）においてエッチングした部位の側面１２１は、保護膜３によって保護されているため、エッチングされない。また、新たにエッチングされる部位の側面１２２は、Ｘ方向（Ｚ方向に直交する方向）にもエッチングが進行するが、１回の部分エッチング工程における、Ｚ方向へのエッチング量を適切に調整することにより、上記側面１２２のＸ方向へのエッチング量を僅かにすることができる。
本例では、上記部分エッチング工程（図７〜図９参照）と、上記成膜工程（図６参照）とを交互に複数回行う。このようにすると、既にエッチングした部位の側面１２１を、成膜工程にて形成される保護膜３によって保護でき、かつ、新たにエッチングする部位の側面１２２がＸ方向に大きくエッチングされることを抑制できる。そのため、図１０に示すごとく、２つの工程を繰り返し行うことにより、ハードマスク層２のパターンを、有機膜１に正確に転写することができる。また、酸素ラジカルによる有機膜１のエッチングレートは速いため、成膜工程と部分エッチング工程とを交互に行ったとしても、全体のエッチングレートを充分に速くすることができる。
有機膜１のエッチングが完了した後、図１１に示すごとく、ウエットエッチング処理を行って、ハードマスク層２とシード保護層６２とを除去する。なお、この工程は、ＣＦ４ガス等を用いたドライエッチングにより行うこともできる。
ハードマスク層２とシード保護層６２とを除去した後、図１２に示すごとく、めっき工程を行って、露出したシード層６１上に配線層７を成長させる。めっき工程が完了した後、図１３に示すごとく、有機膜１を剥離し、さらに、シード保護層６２とシード層６１をエッチングする。このようにして、目的の配線層７を形成する。
ハードマスク層２とシード保護層６２とを除去した後、図１２に示すごとく、めっき工程を行って、露出したシード層６１上に配線層７を成長させる。めっき工程が完了した後、図１３に示すごとく、有機膜１を剥離し、さらに、シード保護層６２とシード層６１をエッチングする。このようにして、目的の配線層７を形成する。
本例の作用効果について説明する。本例では、部分エッチング工程（図７〜図９参照）と、成膜工程（図６参照）とを交互に複数回行う。そのため、ハードマスク層２のパターンを有機膜１に正確に転写でき、かつエッチングレートを速くすることができる。
すなわち、上記混合ガスには、シリコン酸化膜（保護膜３）を異方性エッチングするガスが含まれているため、この混合ガスを用いて部分エッチング工程を行うと、直前の成膜工程において側面１２に形成された保護膜３を大きくエッチングすることなく、底面１１に形成された保護膜３を主にエッチングして、該底面１１の有機膜１を露出させることができる。そして、続けて部分エッチング工程を行うことにより、混合ガスに含まれる、有機膜１を等方性エッチングするガスによって、露出した底面１１の有機膜１をエッチングすることができる。
すなわち、上記混合ガスには、シリコン酸化膜（保護膜３）を異方性エッチングするガスが含まれているため、この混合ガスを用いて部分エッチング工程を行うと、直前の成膜工程において側面１２に形成された保護膜３を大きくエッチングすることなく、底面１１に形成された保護膜３を主にエッチングして、該底面１１の有機膜１を露出させることができる。そして、続けて部分エッチング工程を行うことにより、混合ガスに含まれる、有機膜１を等方性エッチングするガスによって、露出した底面１１の有機膜１をエッチングすることができる。
この部分エッチング工程と成膜工程とを交互に繰り返すと、側面１２を保護膜３によって保護しつつ、有機膜１をＺ方向にエッチングすることができる。また、有機膜１のうち等方性エッチングガスによって新たにエッチングされる部位は、その側面１２２（図９参照）にもエッチングが進行するが、１回の部分エッチング工程におけるＺ方向へのエッチング量を適切に調整することにより、側面１２２のＸ方向へのエッチング量を僅かにすることができる。これにより、エッチングの異方性を高めることができ、ハードマスク層２のパターンを有機膜１に正確に転写することが可能となる。また、等方性エッチングガス（Ｏ２）はエッチングレートが速いため、部分エッチング工程と成膜工程とを交互に行っても、全体のエッチングレートを比較的速くすることができる。
ここで仮に、上記部分エッチング工程と成膜工程とを交互に行わず、等方性エッチング工程のみを行って、有機膜をエッチングしたとすると、図２６に示すごとく、有機膜９１の側面９１２がＸ方向に大きくエッチングされてしまう。そのため、エッチングが必要な有機膜の厚さ（Ｚ方向寸法）が大きくなるほど、ハードマスク層９２のパターンの、有機膜９１への転写精度が低下するおそれが高くなる。また、有機膜９１が倒れる可能性もある。しかしながら、本例のように部分エッチング工程と成膜工程とを交互に行えば、側面１２（図７〜図９参照）を保護膜３によって保護しつつエッチングできるため、このような問題が生じにくい。
本例のエッチング方法は、有機膜１の膜厚が厚く、かつ正確なパターン転写を要求される場合に、特に有効である。本例では上述したように、基板５上に大きな段差があるため、この段差を有機膜１によって埋める必要が生じ、有機膜１の膜厚が部分的に厚くなる。この場合でも、本例では、エッチングレートが速いため、有機膜１のエッチングを短時間で完了させることができる。また、パターンの転写が正確であるため、配線層７（図１３参照）を微細化しやすい。
また、本例の混合ガスには、Ｏ２ガスとＡｒガスとが含まれる。そして、部分エッチング工程（図７〜図９参照）において、酸素ラジカルとＡｒ＋とを発生させ、このＡｒ＋によって、保護膜３を異方性エッチングすると共に、酸素ラジカルによって、有機膜１を等方性エッチングさせている。
Ａｒガスは、Ａｒ＋となって有機膜に照射された際に、底面の有機膜を活性化し、反応性を高める効果がある。そのため、ＡｒをＯ２ガスと組み合わせて用いることにより、酸素ラジカルによる有機膜のエッチングレートをさらに速くすることができる。
なお、本例では、等方性エッチングガスとしてＯ２ガスを用いたが、他にＮ２ガスを用いることもできる。但し、エッチングレートの点を考慮すると、Ｏ２ガスが最も適している。また、Ｏ２ガスとＮ２ガスの混合ガスを用いることもできる。この場合は、Ｏ２ガスの比率が高いほど、エッチングレートの点で有利である。
Ａｒガスは、Ａｒ＋となって有機膜に照射された際に、底面の有機膜を活性化し、反応性を高める効果がある。そのため、ＡｒをＯ２ガスと組み合わせて用いることにより、酸素ラジカルによる有機膜のエッチングレートをさらに速くすることができる。
なお、本例では、等方性エッチングガスとしてＯ２ガスを用いたが、他にＮ２ガスを用いることもできる。但し、エッチングレートの点を考慮すると、Ｏ２ガスが最も適している。また、Ｏ２ガスとＮ２ガスの混合ガスを用いることもできる。この場合は、Ｏ２ガスの比率が高いほど、エッチングレートの点で有利である。
以上のごとく、本例によれば、ハードマスク層のパターンを正確に転写でき、かつエッチングレートが速い、有機膜のエッチング方法を提供することができる。
なお、本例では、上記成膜工程において、原料ガスとして、Ｏ２ガスとＴＭＳ（テトラメチルシラン）とを混合したガスを用いたが、本発明はこれに限るものではない。すなわち、ＴＭＳの代わりに、他の有機Ｓｉガス、例えばテトラメトキシシラン（ＴＭＯＳ）、メチルトリメトキシシラン（ＭＴＭＯＳ）、ジメチルメトキシシラン（ＤＭＤＭＯＳ）、メトキシトリメチルシラン（ＭＯＴＭＳ）等を用いることもできる。
また、本例では、シリコン酸化膜を異方性エッチングするガスとしてＡｒガスを用いたが、ＫｒやＸｅ等の、他の希ガスを用いることもできる。但し、Ａｒガスは希ガスの中では安価なので、Ａｒガスの使用が好ましい。
また、本例では、シリコン酸化膜を異方性エッチングするガスとしてＡｒガスを用いたが、ＫｒやＸｅ等の、他の希ガスを用いることもできる。但し、Ａｒガスは希ガスの中では安価なので、Ａｒガスの使用が好ましい。
また、上記「シリコン酸化膜」は、ＳｉＯ２に限られず、ＳｉとＯの組成比が１：２から若干外れたものも含まれる。例えば、ＣＶＤの成膜条件によっては、ＳｉとＯの組成比が１：２から僅かに外れたものを成膜することも可能である。
（実施例２）
本例は、上述した有機膜１のエッチング方法を用いて、ＭＩセンサ４（Magneto-Impedance Sensor）における、アモルファスワイヤの周囲に巻回される検出コイル７９を形成する例である。図１４、図１５に示すごとく、ＭＩセンサ４を製造するにあたって、まず、シリコン製の基板５上に第１配線層７ａを形成し、その上に樹脂製の保持部４１を塗布する。この保持部４１に線状の感磁体４０を保持させ、その後、熱を加えて保持部４１を硬化させる。第１配線層７ａは、周知のめっき工程を用いて形成することができる。
本例は、上述した有機膜１のエッチング方法を用いて、ＭＩセンサ４（Magneto-Impedance Sensor）における、アモルファスワイヤの周囲に巻回される検出コイル７９を形成する例である。図１４、図１５に示すごとく、ＭＩセンサ４を製造するにあたって、まず、シリコン製の基板５上に第１配線層７ａを形成し、その上に樹脂製の保持部４１を塗布する。この保持部４１に線状の感磁体４０を保持させ、その後、熱を加えて保持部４１を硬化させる。第１配線層７ａは、周知のめっき工程を用いて形成することができる。
この後、図１６に示すごとく、シード層６１と、シード保護層６２と、有機膜１（めっきレジスト）と、ハードマスク層２と、フォトレジスト６３とをこの順に積層する。これらシード層６１〜フォトレジスト６３の材質等は、実施例１と同様である。
この後、実施例１と同様に、露光現像工程（図２参照）、ドライエッチング工程（図３参照）、レジスト剥離工程（図４参照）を順次行い、さらに、部分エッチング工程（図７〜図９）と成膜工程（図６参照）とを交互に複数回行う。
本例では図１６に示すごとく、感磁体４０と保持部４１によって大きな段差が形成されている。そのため、有機膜１を使ってこの段差を埋める必要があり、有機膜１の厚さを厚くせざるを得ない。また、有機膜１には、薄い部位Ｄ１と厚い部位Ｄ２とがある。そのため、例えば有機膜１を感光性レジストによって形成し、この感光性レジストを直接、露光しようとしても、露光装置の焦点が合わなくなる。そのため、一旦、フォトレジスト６３を露光して、ハードマスク層２をエッチングし（図３参照）、このハードマスク層２のパターンを有機膜１に転写する必要性がある。
上述のように、部分エッチング工程と成膜工程とを交互に行って、有機膜１全体をエッチングした後、めっき工程（図１２、図１３）を行う。これにより、図１７、図１８に示すごとく、第２配線層７ｂをめっき形成する。第２配線層７ｂは、感磁体４０及び保持部４１を跨ぐように形成されている。また、第２配線層７ｂは、第１配線層７ａの両端部７１０にそれぞれ接続している。これら第１配線層７ａと第２配線層７ｂとによって、検出コイル７９を形成してある。
本例の作用効果について説明する。本例の有機膜１は、Ｚ方向に段差のある配線層７（第２配線層７ｂ）をめっき形成するためのめっきレジストである。
Ｚ方向に段差のある配線層７をめっきするためには、膜厚が厚いめっきレジスト（有機膜１）を用いる必要がある。この場合、上記エッチング方法を用いれば、エッチングレートが速いため、めっきレジスト（有機膜１）の膜厚が厚くても短時間でエッチングすることが可能となる。また、配線の幅やパターン間隔等を狭くすると、短絡したり断線したりする問題が発生しやすくなり、配線の形成が難しくなるが、上記エッチング方法はパターンを正確に転写できるため、従来の方法に比べて配線層７をより微細化することが可能となる。
Ｚ方向に段差のある配線層７をめっきするためには、膜厚が厚いめっきレジスト（有機膜１）を用いる必要がある。この場合、上記エッチング方法を用いれば、エッチングレートが速いため、めっきレジスト（有機膜１）の膜厚が厚くても短時間でエッチングすることが可能となる。また、配線の幅やパターン間隔等を狭くすると、短絡したり断線したりする問題が発生しやすくなり、配線の形成が難しくなるが、上記エッチング方法はパターンを正確に転写できるため、従来の方法に比べて配線層７をより微細化することが可能となる。
また、本例では、上記配線層７（第２配線層７ｂ）を用いて、ＭＩセンサの検出コイル７９を形成してある。
ＭＩセンサ４の検出コイル７９を構成する配線層７（第２配線層７ｂ）は、感磁体４０や保持部４１によって形成された大きな段差を跨ぐ必要がある。したがって、この検出コイル７９をめっき形成するためのめっきレジスト（有機膜１）は、段差を埋めるため、膜厚を厚くする必要が特に高い。また、近年、ＭＩセンサ４の小型化及び高感度化の要求が高まり、これに伴って、検出コイル７９のパターンを、上述した通り微細化する必要性が高くなっている。このように、検出コイル７９を形成するためのめっきレジストは、膜厚を厚くし、かつパターンを微細化する必要性が高いため、上記エッチング方法のように、エッチングレートが速く、かつハードマスク層２のパターンを正確に転写できる方法を用いた場合の効果は大きい。
その他、実施例１と同様の構成および作用効果を備える。
ＭＩセンサ４の検出コイル７９を構成する配線層７（第２配線層７ｂ）は、感磁体４０や保持部４１によって形成された大きな段差を跨ぐ必要がある。したがって、この検出コイル７９をめっき形成するためのめっきレジスト（有機膜１）は、段差を埋めるため、膜厚を厚くする必要が特に高い。また、近年、ＭＩセンサ４の小型化及び高感度化の要求が高まり、これに伴って、検出コイル７９のパターンを、上述した通り微細化する必要性が高くなっている。このように、検出コイル７９を形成するためのめっきレジストは、膜厚を厚くし、かつパターンを微細化する必要性が高いため、上記エッチング方法のように、エッチングレートが速く、かつハードマスク層２のパターンを正確に転写できる方法を用いた場合の効果は大きい。
その他、実施例１と同様の構成および作用効果を備える。
（実施例３）
本例は、ＭＩセンサ４の形状を変更した例である。本例のＭＩセンサ４を製造する場合には、図１９に示すごとく、まず基板５に溝部５０を形成し、シード層６１およびシード保護層６２を成膜する。この際、溝部５０の側面５１と底面５２にも、シード層６１およびシード保護層６２を成膜する。続いて、有機膜１（めっきレジスト）、ハードマスク層２、フォトレジスト６３を形成する。
本例は、ＭＩセンサ４の形状を変更した例である。本例のＭＩセンサ４を製造する場合には、図１９に示すごとく、まず基板５に溝部５０を形成し、シード層６１およびシード保護層６２を成膜する。この際、溝部５０の側面５１と底面５２にも、シード層６１およびシード保護層６２を成膜する。続いて、有機膜１（めっきレジスト）、ハードマスク層２、フォトレジスト６３を形成する。
その後、実施例２と同様に、露光現像工程（図２参照）、ドライエッチング工程（図３参照）、レジスト剥離工程（図４参照）を順次行う。さらに、部分エッチング工程（図７〜図９参照）と成膜工程（図６参照）とを交互に複数回行って、有機膜１をＺ方向にエッチングする。その後、めっき工程（図１２、図１３）を行い、図２０に示すごとく、第１配線層７ａをめっき形成する。この後、図２１に示すごとく、溝部５０内に感磁体４０を配置し、樹脂製の保持部４１を用いて溝部５０を充填する。その後、第２配線層７ｂを形成する。第２配線層７ｂは、周知のめっき方法を用いて形成することができる。第１配線層７ａと第２配線層７ｂとによって、検出コイル７９が形成される。
本例では、図１９、図２０に示すごとく、検出コイル７９の第１配線層７ａを形成する際に、有機膜１（めっきレジスト）を用いて溝部５０を埋める必要があるため、有機膜１の厚さを厚くする必要がある。また、ＭＩ素子４の最近の高感度化要求に対応しようとすると、検出コイル７９を構成する配線層７の幅や間隔を狭くする等、パターンの微細化をする必要性が高い。そのため、上記エッチング方法のように、有機膜１のエッチングレートが速く、かつパターンを正確に転写できる方法を用いた場合の効果は大きい。
（実験例１）
本発明の効果を確認するための実験を行った。まず、シリコン製の基板５（図１参照）上に、Ｃｕからなるシード層６１と、ＳｉＯ２からなるシード保護層６２と、エポキシ系樹脂からなる有機膜１と、ＳｉＯ２からなるハードマスク層２と、フォトレジスト６３とをこの順に積層した。各層の間には、密着性を高めるため、Ｔｉ薄膜を介在させた（フォトレジスト６３の直下は除く）。有機膜１には、ＪＳＲ製ＴＨＢ−１２６Ｎを用いた。有機膜１の膜厚は４０μｍとした。また、フォトレジスト６３には、東京応化社製ＴＭＭＲ Ｐ−Ｗ１０００ＰＭを用いた。フォトレジスト６３の膜厚は４μｍにした。シード保護層６２とハードマスク層２とは、それぞれ膜厚を０．５μｍにした。
本発明の効果を確認するための実験を行った。まず、シリコン製の基板５（図１参照）上に、Ｃｕからなるシード層６１と、ＳｉＯ２からなるシード保護層６２と、エポキシ系樹脂からなる有機膜１と、ＳｉＯ２からなるハードマスク層２と、フォトレジスト６３とをこの順に積層した。各層の間には、密着性を高めるため、Ｔｉ薄膜を介在させた（フォトレジスト６３の直下は除く）。有機膜１には、ＪＳＲ製ＴＨＢ−１２６Ｎを用いた。有機膜１の膜厚は４０μｍとした。また、フォトレジスト６３には、東京応化社製ＴＭＭＲ Ｐ−Ｗ１０００ＰＭを用いた。フォトレジスト６３の膜厚は４μｍにした。シード保護層６２とハードマスク層２とは、それぞれ膜厚を０．５μｍにした。
上記工程を行った後、露光現像工程（図２参照）を行い、残部６３０の幅Ｗ１と、抜部６３１の幅Ｗ２とがそれぞれ５．０μｍとなるようにエッチングパターンを形成した。その後、ＣＦ４ガスを用いたドライエッチング工程を行って、ハードマスク層２をエッチングし（図３参照）、次いで、フォトレジスト６３を剥離した（図４参照）。以上の工程を行うことにより、被処理体１９を製造した。
その後、部分エッチング工程（図７〜図９参照）と成膜工程（図６参照）とを交互に行うことにより、有機膜１をＺ方向にエッチングする工程を行った。エッチング装置には、Ｏｘｆｏｒｄ社製Ｐｌａｓｍａｌａｂ Ｓｙｓｔｅｍ１００を用いた。エッチング工程では、図２２に示すごとく、まず、チャンバー内にＯ２ガスとＡｒガスを導入し、基板温度を安定させるため、５分間待機した（ステップＳ１）。その後、チャンバーを真空引きし、エッチング用のガスを導入した（ステップＳ２）。このステップでは、チャンバーにＯ２ガスを３．３８×１０−２ｍ３／ｓで導入した後、Ａｒガスを３．３８×１０−２ｍ３／ｓで導入した。そして、これらＯ２ガスとＡｒガスを、チャンバー内において混合した。
次いで、部分エッチング工程を行った（ステップＳ３）。部分エッチング工程では、チャンバー内の気圧を０．２６６Ｐａにし、被処理体１９の温度を２５±１０℃にした。
部分エッチング工程の後、チャンバーを真空引きし、保護膜３の原料ガスを導入した（ステップＳ４）。このステップでは、チャンバー内にＯ２ガスを１．３５×１０−２ｍ３／ｓで導入し、その後、ＴＭＳ（テトラメチルシラン）を３．３８×１０−３ｍ３／ｓで導入した。ステップＳ４に次いで、成膜工程（ステップＳ５）を行った。このステップでは、チャンバー内の圧力を０．２６６Ｐａにし、被処理体１９の温度を２５±１０℃にした。そして、保護膜３を１０ｎｍ形成した。
上記ステップＳ２〜Ｓ５を２５回繰り返した後、終了処理（ステップＳ６）を行った。成膜工程（ステップＳ５）を含めた全体のエッチングレートは、０．４３μｍ／ｍｉｎであった。このエッチングレートは、後述の比較実験におけるエッチングレート（０．４７μｍ／ｍｉｎ）と大きな差が無いことを確認できた。
なお、従来のように、ＣＨ系ガスとＮＨ３ガスの混合ガスを用いてエッチングした場合は、エッチングレートが０．１５μｍ／ｍｉｎである。この値と比較して、本発明は、エッチングレート（０．４３μｍ／ｍｉｎ）を大幅に改善できることが分かる。
なお、従来のように、ＣＨ系ガスとＮＨ３ガスの混合ガスを用いてエッチングした場合は、エッチングレートが０．１５μｍ／ｍｉｎである。この値と比較して、本発明は、エッチングレート（０．４３μｍ／ｍｉｎ）を大幅に改善できることが分かる。
有機膜１全体をエッチングした後の断面ＳＥＭ写真を図２３に示す。この写真から、有機膜１の側面１２はＸ方向に大きくエッチングされておらず、フォトレジスト６３のパターンを正確に転写できていることが分かる。なお、凹状部１０の最大幅は５．７μｍであり、パターンの変換誤差は１４％であった。
（比較実験）
本発明に含まれない比較実験を行った。まず、実験例１と同一の被処理体１９を製造した。そして、保護膜（図６参照）を形成することなく、エッチングのみを行って、有機膜全体をエッチングした。すなわち、図２４に示すごとく、チャンバーにガスを導入して５分間待機（ステップＳ１１）した後、チャンバーにエッチングガスを導入した（ステップＳ１２）。このステップでは、Ｏ２ガスを３．３８×１０−２ｍ３／ｓで導入し、次いで、Ａｒガスを３．３８×１０−２ｍ３／ｓで導入した。
本発明に含まれない比較実験を行った。まず、実験例１と同一の被処理体１９を製造した。そして、保護膜（図６参照）を形成することなく、エッチングのみを行って、有機膜全体をエッチングした。すなわち、図２４に示すごとく、チャンバーにガスを導入して５分間待機（ステップＳ１１）した後、チャンバーにエッチングガスを導入した（ステップＳ１２）。このステップでは、Ｏ２ガスを３．３８×１０−２ｍ３／ｓで導入し、次いで、Ａｒガスを３．３８×１０−２ｍ３／ｓで導入した。
次いで、有機膜のエッチングを行った（ステップＳ１３）。このステップでは、チャンバー内の圧力を０．２６６Ｐａにし、被処理体１９の温度を２５±１０℃にした。そして、保護膜を形成することなく、１回のエッチング工程で、有機膜をＺ方向に全てエッチングした。
有機膜のエッチングレートは、０．４７μｍ／ｍｉｎであった。有機膜をエッチングした後の断面ＳＥＭ写真を図２３に示す。この写真から、有機膜９１の側面９１２はＸ方向に大きくエッチングされており、フォトレジスト６３のパターンを正確に転写できていないことが分かる。なお、凹状部１０の最大幅は８．３μｍであり、パターンの変換誤差は６６％であった。これから、比較実験では、実験例１よりもパターンの変換誤差が大きいことが分かる。
１ 有機膜
１０ 凹状部
１１ 底面
１２ 側面
２ ハードマスク層
３ 保護膜
１０ 凹状部
１１ 底面
１２ 側面
２ ハードマスク層
３ 保護膜
Claims (3)
- ハードマスク層によって表面が選択的に保護された有機膜をエッチングする方法であって、
シリコン酸化膜を異方性エッチングするガスと、上記シリコン酸化膜をエッチングせず上記有機膜を等方性エッチングするガスとの混合ガスを用いて、上記有機膜を、該有機膜の膜厚の一部のみエッチングする部分エッチング工程と、
該部分エッチング工程において上記有機膜に形成された凹状部の側面および底面と、上記ハードマスク層の表面とに、上記シリコン酸化膜からなる保護膜を成長させる成膜工程と、
を交互に複数回行い、
上記有機膜は、該有機膜の膜厚方向に段差のある配線層をめっき形成するためのめっきレジストであることを特徴とする有機膜のエッチング方法。 - 上記混合ガスは、Ｏ２ガスとＡｒガスとを含有し、上記部分エッチング工程において、上記混合ガスを用いてＡｒ＋と酸素ラジカルとを発生させ、上記Ａｒ＋によって上記シリコン酸化膜を異方性エッチングすると共に、上記酸素ラジカルによって上記有機膜を等方性エッチングすることを特徴とする請求項１に記載の有機膜のエッチング方法。
- 上記配線層によって、基板上に配された感磁体と、該感磁体を巻回するコイルとを有するＭＩセンサにおける、上記コイルを構成してあり、上記有機膜は、上記コイルをめっき形成するためのめっきレジストであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の有機膜のエッチング方法。
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